DC-DC преобразователь LM2596 3A понижающий с DIP-переключателями

Технические характеристики

• Входное напряжение 3.5 ~ 34 В
• Блокируемое напряжение: менее 2 В
• Выходное напряжение 1.25 ~ 33 В
• Максимальный ток: 2А (3А с радиатором)
• Чип преобразователя: LM2596S-ADJ
• Падение напряжения на выходе, макс.: 3%
• Коэффициент преобразования (КПД), макс.: до 93%
• Частота ШИМ-модулятора: 150 ± 15% кГц
• Управление: напряжением на выходе
• Способы регулировки: 6-позиционный DIP-переключатель, многооборотный подстроечный резистор
• Количество оборотов потенциометра: 25 ± 3
• Шаг регулировки
  • DIP-переключатели: 0.5 В, 1.0 В, 2.0 В, 4.0 В, 8.0 В, 16 В
  • подстроечник: 0.001 В ~ 0.01 В
• Светодиодная индикация: напряжение на выходе
• Защита в модуле: нет
• Монтажные отверстия: 4 х Ø3.0 мм
• Контактная группа: винтовые клеммы-терминалы
• Рабочая температура: -25℃ ~ +75℃
• Размеры: 58.5 x 35.2 х 12 мм

Особенности конструкции

В основе настоящего модуля заложен однокристальный импульсный преобразователь постоянного напряжения LM2596S, зарекомендовавший себя недорогим и одновременно надёжным решением на протяжении более десятка лет со старта производства. Микросхема преобразователя содержит ШИМ-контроллер, управляющий интегрированным низкоомным МОП-транзистором, переключающим с частотой 150 ±15% кГц. Модуль работает с входным постоянным напряжением от 4.0В до 34В, понижая преобразованием до постоянных 1.25В ~ 33В на выходе. Минимальная разница напряжений на входе и выходе модуля составляет не более 2.5%. Уровни поддерживаемого LM2596S напряжения ограничены установленными в схеме фильтрующими 35-вольтовыми электролитическими конденсаторами. Алгоритм самоконтроля микросехмы LM2596S настроен на отключение блока преобразования, когда уровень входного напряжения становится менее 2В.

Ток нагрузки на выходе, в нормальных условиях эксплуатации (+25℃), без установки на чип LM2596S дополнительного пассивного или активного воздушного охлаждения, лежит в пределах 1-1.5 А. Для нагрузок с током до 3А - усиленное охлаждение микросхемы регулятора напряжения и некоторых других компонентов платы должно быть обязательным.

На плате преобразователя нет предустановленных контуров защиты, предотвращающих повреждение чипа LM2596S от неправильного подключения полюсов напряжения.

Подключение и регулировка напряжения на выходе преобразователя

Отсутствие специально подготовленных площадок входного/выходного напряжения для припайки проводов или разъёмов, упрощает и облегчает способ подключение платы. Контакты источника исходного напряжения и тока зажимаются в 2-мм винтовой клемме входной группы IN+/IN-. Цепь нагрузки присоединяется с противоположной стороны OUT+/OUT-.

Настоящей "изюминкой" платы преобразователя LM2596 является многоступенчатая система регулировки выходящего напряжения с дополнительным подстроечным резистором, которой под силу заставить неопытного пользователя усердно поработать головой и руками. Рядом со всеми шестью DIP-переключателями в едином корпусе красного цвета нанесены значения напряжения 0.5В, 1В, 2В, 4В, 8В и 16В. На первый взгляд, всё кажется простым и предельно ясным - уровень напряжения выхода соответствует надписи включенного переключателя. Однако принцип управления напряжением противоположно другой. Указанные значения напряжения вычитаются из конечного уровня, с последующей корректировкой подстроечником. Сумма всех переключателей - 31.5В, минимальное (опорное) напряжение на выходе - 1.25В.

По задумкам создателей уникальной модификации преобразователя, система переключателей полноценно работает только если модуль питается от самого верхнего уровня входного напряжения 34 ~ 35В. Применяется следующий метод: на входе 34В, на выходе с помощью подстроечника — от 27.3В до 33.3В, все DIP-переключатели выключены. Переменой положений DIP-переключателей, с вращением многооборотного винта подстроечника (по ходу часовой стрелки - добавление, против часовой - уменьшение, полный ход - 28±3 оборота на 360°), выполняется выбор требуемого напряжения. Например, исходное напряжение выхода 32В приводится к уровню 16В (включен DIP 16V), к 8В (включены DIP 16V+DIP 8V), к 4В (включены DIP 16V+DIP 8V+DIP 4V), и так далее. Или настраивается на 12В (включены DIP 16V+DIP 4V), на 9В (включены DIP 16V+DIP 4V+DIP 2V+DIP 1V), на 5В (включены DIP 16V+DIP 8V+DIP 2V+DIP 1V), и так далее. Отклонение на клеммах OUT+/- в диапазоне ≤ ±3В вручную корректируется подстроечником.

Система DIP-переключателей имеет один существенный недостаток - диапазон значений доступного на выходе напряжения напрямую зависит от уровня входного. Причина такого поведения скрывается в цепочке из нескольких резисторов разных номиналов в контуре обратной связи LM2596S. Так при входном напряжении 30В (DIP-переключатели выключены), на выходе могут быть получены 27.5В ~ 29.5В, или 13.9В ~ 20.7В c включенным DIP-переключателем 16V. Промежуточный диапазон 20.8В ~ 27.6В останется недоступным. По аналогии для входных 24В с выключенными DIP — на выходе нерегулируемые 23.6В, или 13.9В ~ 20.7В с включенным DIP-переключателем 16V. Получение на выходе значений из промежутка 20.8В ~ 23.5В для второго примера также недостижимо. Для входных 15В исключаются 11В ~ 14.0В, и так далее.

Пока напряжение на входе укладывается в 16В ≤ U_вх ≤ 32В, все DIP-переключатели меньшего значения напряжения (от 0.5V до 8V включительно) находятся в неуправляемом состоянии, и активируются постоянно включенным DIP 16V. Условие применимо ко всем остальным DIP-переключателям. Например, если сохраняется равенство 8В ≤ U_вх ≤ 16В, переключатели DIP 0.5В - DIP 4В неуправляемы до момента включения DIP16+DIP8, и так далее.

Таблица суммируемого напряжения

В ячейке "Положение DIP-клавиш" слева направо представлены сочетания активно-неактивных DIP переключателей 0.5В, 1В, 2В, 4В, 8В, 16В (в состоянии выключен - 0, в состоянии включен - 1), и их суммарного значения, вычитаемого из выходного напряжения наибольшего уровня 33-34В.

Эффективность преобразования

Коэффициент полезного действия LM2596S-ADJ может достигать 93%. КПД рассчитывается отношением показателей выходной мощности к входной, и всецело зависит от параметров эксплуатации преобразователя. Понижающий импульсный преобразователь потребляет больше мощности со стороны источника напряжения, и вырабатывает меньше мощности для нагрузочной цепи. Наилучший показатель КПД определяется условием минимальной разницы напряжений между входом и выходом, с наименьшим нагрузочным током. Увеличение любого из этих двух параметров, в большей или меньшей степени приводит к снижению КПД. Более подробно в примерах о КПД преобразователя можно узнать из статьи. Графики эффективности для наиболее распространённых уровней напряжения представлены в спецификации к LM2596S-ADJ, опубликованной в разделе технической документации.

Стабилизация напряжения

Чип понижающего регулятора LM2596S-ADJ выравнивает и стабилизирует напряжение на выходе, пока входное напряжение находится на уровне выше заданного на выходе. Когда напряжение на входе падает ниже установленного порога, напряжение на выходе приравнивается к входному.

Принципиальная электрическая схема преобразователя LM2596 с механическими DIP-переключателями

Техническая документация

1. Спецификация на микросхему преобразователя LM2596 (англ., PDF)